1、污水处理厂污水处理厂发展方向和新技术应用发展方向和新技术应用水资源设施的未来：行动蓝图水资源设施的未来：行动蓝图美国清洁水机构国家协会（NACWA）、水环境研究基金会（WERF）和水环境联盟（WEF）三大机构联合发布，由49位来自美国政府机构、咨询机构、工程公司、研究机构以及技术开发和制造企业的专家联合撰写并由9位资深行业专家审读，最终提交给第113届国会，以期政府对未来的污水处理设施（UOTF）有较为深入的了解并在制定相关环境保护政策时充分考虑到新形势和新问题。污水处理概念厂污水处理概念厂发起人：发起人：中国工程院院士曲久辉，清华大学教授王凯军，中国人民大学教授王洪臣，清华大学教授余刚，中国
2、21世纪议程管理中心副主任柯兵、中国科学技术大学化学学院教授俞汉青主要特点：主要特点： 污染物削减进一步强化，强化脱氮除磷(ENR) 、深度处理乃至超深度处理(高级氧化、反渗透技术等)技术被应用； 污水处理实现低碳化，在处理过程中实现节能降耗，提高能源自给率。 除水资源循环利用外，还实现有机质及磷等资源的循环利用。wastewater treatment plant（ or WWTP）向 Water Resource Recovery Facility（or WRRF ） 转变u污水再生利用u营养物及有用资源的回收利用u污水中的废热和潜在能源的回用u利用污水厂的场地开发风能、太阳能等可再生能源
3、u通过绿色基础设施理念进行雨水的管理u将以最低的经济投入得到最大的环境效益，促进当地经济发展，并更广泛地改善城市生态质量 德国人口约8180万（2011年数据），污水厂6103座，其中人口当量超过10万的污水厂数量214座（占3.5%），处理能力为总服务能力的51%（2004年数据）； 美国总人口为3.13亿（2011年底数据），城市污水厂约14780座（2008年数据），处理规模超过3.8万m3/d 的污水厂数量3%，处理量占92%。 我国人口13.7亿（2011年数据），已建和在建的3758座污水厂中，规模超过10万m3/d 的占11%，规模在3-10万万m3/d 的占32.5%。（中国水
4、网2011年2月份统计数据）。 分散化分散化：从污水回用角度考虑，如果污水通过长距离输送到集中的大型污水处理厂处理后再泵送回来进行污水回用，需要大量输送能耗、配送管道系统以及相关的维护支出，而就地处理及回用将具有很好的经济性； 自动化程度高自动化程度高：随着自控和信息技术的发展，网络移动设备、云计算和存储设备可以保证污水厂无人值守，所有的实时监测、工艺调整以及污水厂运行管理沟通均可以在统一的集中控制中心进行远程实时管理和控制； 可循环性可循环性：是指所有进入污水厂的水、营养物、污泥、能源等资源均可得到回收利用。技术名称技术名称技术原理技术原理技术成熟度技术成熟度Blue PROTM Reati
5、ve Media Filtration上向流砂滤用于除磷，出水磷可小于0.05 mg/l已经成功应用Compressible Media Filtration 可压缩合成纤维滤池，用于污水厂雨季水量处理已经成功应用CoMagTM process磁分离技术，提高沉淀效率已经成功应用Actiflo process强化化学沉淀已经成功应用DensaDeg process强化化学沉淀已经成功应用Blue CAT process上向流砂滤+高级氧化半工业化成功Salsnes filter可拆卸的细网筛+倾斜滤布，占地仅为传统沉淀池的1/10半工业化成功Ammonia Recovery Process (
6、ARP) 污泥上清液氨回收半工业化成功技术名称技术名称技术原理技术原理技术成熟度技术成熟度Bioaugmentation process（包括（包括In - Nitri，ICAAS，DEPHANOX，BAR，BABE，AT3 ，MAUREEN，R DN，CaRRB等）等）各类生物反应池内外投加、接种生物强化工艺，增加生物量，减少反应池体积已经成功应用DEMON, SHARON - ANAMMOX, ANAMMOX Paques, ANITA - Mox, DeAmmon ，Terra-N，生，生物倍增工艺（物倍增工艺（BDP）各类厌氧氨氧化、短程硝化等工艺，减少外部碳源和碱度投加以及供氧能耗（
7、50%以上），污泥产量低已经成功应用D e e p - S h a f t A c t i v a t e d Sludge/VERTREAT深井曝气，提高氧利用率，占地少已经成功应用Multi- Stage Activated Biological Process (MSABPTM) 8个反应区，分别进行有机物去除、脱氮除磷和污泥内源分解，污泥产量低已经成功应用Vacuum Rotation Membrane System真空旋转膜过滤，平板膜与生物转盘结合，膜冲洗简单，不容易堵塞已经成功应用Aerobic Granular Sludge Process (AGSP) 好氧颗粒污泥，SBR运
8、行模式，占地面积仅为传统工艺的1/4，半工业化成功技术名称技术名称技术原理技术原理最新检测仪器仪表最新检测仪器仪表微波污泥浓度分析，微生物检测技术确定优势菌种，生物毒性和抑制剂在线检测，在线呼吸仪测定细胞活性或氧利用率三维虚拟建造技术三维虚拟建造技术BIM，BENTLY，DASUUT，提高工程建设进度和实施精度计算机模拟技术计算机模拟技术采用各种污水处理工艺模型，确定合理设计参数和构筑物设备人工智能实时控制优化人工智能实时控制优化即使在在线检测仪表故障情况下，远程控制和实施调整运行参数和设备开启，满足节能需要，从更大范围优化管网、泵站和污水处理设施大数据（云计算）技术大数据（云计算）技术基础数
9、据、运行数据云存储，GIS，GPS，FRD等，用于模型分析、优化技术名称技术名称技术原理技术原理技术成熟度技术成熟度Compressible Media FiltrationFuzzy Filter，FlexFilter可压缩合成纤维滤池，用于污水厂雨季水量处理，旱季时可作为二级出水深度处理过滤，还可以结合化学除磷，合流污水TSS去除率可达75%94%，二沉池出水TSS可去除35%，无需投加药剂已经成功应用Continuous Deflection Sepatator连续偏向分离器，将涡流分离和机械筛滤结合，达到浮渣、沉淀物的去除，能应对大流量变化已经成功应用深井处理系统深井处理系统采用深井调
10、蓄设施，结合调蓄、初沉处理、细格栅和消毒处理，占地为常规调蓄池的15%，造价低，重力流运行，无需水泵提升已经成功应用Actiflo、BioActiflo，DensaDeg各类高效混凝沉淀池，提高反应负荷，减少构筑物占地，同时又可作为旱季提标设施已经成功应用技术名称技术名称改进方法改进方法污泥脱水污泥脱水1、采用新型絮凝剂以及加药自动控制技术提高污泥脱水效率；2、提高离心脱水设备的电耗效率；3、采用各种浓缩脱水一体化设备；厌氧消化厌氧消化1、采用各种高温高压、脉冲电磁、机械破解、超声波和化学氧化处理等污泥预处理工艺，提高污泥可生物降解成分；2、采用热水解工艺（Cambi，Biothelys）3、
11、采用高温厌氧消化或者二段法（酸化、气化分别进行）；好氧消化好氧消化1、采用多级串联好氧消化工艺；2、采用自热式高温好氧消化（ATAD）工艺；3、采用好氧消化+厌氧消化结合工艺污泥干化污泥干化1、采用低温带式干化（120175）替代高温干化（480）污泥焚烧污泥焚烧1、采用流化床焚烧炉替代多炉膛焚烧炉技术名称技术名称技术原理和特点技术原理和特点膜过滤浓缩膜过滤浓缩根据MBR工艺改进而来，可将污泥浓缩至含固量4%以上，需要曝气防治膜堵塞，膜需要定期清洗。目前GE、Veolia、USFilter、Degremont和Mitsubishi等公司均有产品；电渗析脱水电渗析脱水通过在污泥中形成电场，使得水
12、分子从污泥中经多孔介质分离（生产商有Elcotech、Waste Technologies和Sshbrook-Simon Hartley等）土工布管脱水土工布管脱水采用高强度聚丙烯织布制成脱水材料，利用重力压缩自然脱水，适用于小型污水厂等离子辅助热氧化等离子辅助热氧化利用等离子弧发生器产生高温等离子进行污泥中有机物的分解。玻璃化玻璃化将污泥中的矿物质熔化形成类似玻璃状的骨料，污泥升温达1400以上，可以去除金属物质并分解有机物。该工艺在日本已应用多年。超临界水氧化超临界水氧化在高温（374以上）高压（221bar以上）下，通过超临界水做介质在短时间（小于1min）内将有机物完全分解。化学干化化
13、学干化将污泥、硫酸和氨在压力容器中混合（135150，207480 kPa），通过放热反应排除水分，并生产硫酸铵有机肥相关环节相关环节考虑方法考虑方法污泥混合搅拌污泥混合搅拌1、好氧消化采用好氧-缺氧间歇运行方式，减少充氧量；2、厌氧污泥搅拌采用新型搅拌设备（多段式、线性搅拌器等），搅拌能耗仅为传统的25%；设计环节设计环节1、合理配置设备，避免设备功率过大导致的运行耗能，可尽可能考虑分期分阶段实施；沼气利用沼气利用1、在中小规模污水厂中推广热电联产技术；2、接纳高浓度有机废弃物（油脂、餐厨垃圾和生物柴油废料等）提高产气量（50%以上）；干化泥饼利用干化泥饼利用1、污泥干化后用于电厂和水泥厂掺
14、烧磷回收磷回收1、采用各种磷回收工艺，同时避免污泥农田回用时农作物磷超标；目前较为成熟的工艺有CRYSTALATOR（荷兰DHV公司）、PHOSNIX工艺（日本Unitika公司）和Ostara工艺（加拿大Ostara公司）技术名称技术名称技术原理技术原理最终产品最终产品技术成熟度技术成熟度服务商服务商PHOSTRIP通过将生物除磷回流污泥进行厌氧释放，对上清液投加钙盐，将磷酸钙沉淀分离CaP已经成功应用德国MUTAG公司PRISA对剩余污泥浓缩池的污泥上清液进行磷酸铵镁沉淀，然后进行沉淀分离MAP半工业化成功德国公司CRYSTALATOR流化床反应器，以砂为载体形成磷酸铵镁结晶体颗粒并沉淀分
15、离，也可用于工业废水多离子沉淀CaP、MAP已经成功应用荷兰DNV公司PHOSNIX流化床反应器，以砂为载体形成磷酸铵镁结晶体颗粒并沉淀分离，MAP已经成功应用日本Unitika公司OSTARA流化床反应器，以砂为载体形成磷酸铵镁结晶体颗粒并沉淀分离CaP、MAP已经成功应用加拿大Ostara公司PROPHOS投加CSH（水化硅酸钙）的搅拌吸附反应器，序批式运行（每200-400小时更换CSH）CaP半工业化成功德国达姆施塔特大学RECYPHOS在小污水厂出水端设置固定床反应器，每3-4个月更换滤料，并对滤料集中再生FeP半工业化成功德国联邦教育与研究部研究项目PHOSIEDI离子交换，从滞留
16、物中沉淀回收磷CaP实验室规模成功德国联邦教育与研究部研究项目技术名称技术名称技术原理技术原理最终产品最终产品技术成熟度技术成熟度服务商服务商BERLIN消化污泥投加镁盐，吹脱CO2提高pH值，沉淀分离MAPMAP已得到部分实际应用德国公司AIRPREXBERLIN授权的一种改进工艺MAP已得到部分实际应用德国公司FIXPHOS在消化池进流端投加CSH（水化硅酸钙），经10天的混合消化，在CSH上形成CaP结晶，然后沉淀分离CSH上富集的CaP 德国达姆施塔特大学SEABORNE消化污泥在pH1.5下溶解，重金属分离（硫化沉淀，投加NaOH调高pH），投加镁盐MAP已得到部分实际应用德国公司L
17、OPROX/PHOXAN消化污泥进行低压湿式氧化（pH1.5），膜分离磷酸已得到部分实际应用德国联邦教育与研究部研究项目AQUA RECI374，220 barFe P 、 A l P 或CaP已得到部分实际应用瑞典公司CAMBI150-170，4-6 bar，20分钟消化后污泥处理，改善脱水性能Fe P 、 A l P 或CaP已得到部分实际应用挪威公司KREPRO140，4 bar，酸化水解1小时，进行铁盐沉淀FeP 瑞典公司技术名称技术名称技术原理技术原理最终产品最终产品技术成熟度技术成熟度服务商服务商SEPHOS先经pH1，然后调高pH，去除重金属，进行AlP沉淀，并进一步在NaOH中
18、溶解后获取CaP沉淀CaP实验室研究阶段德国达姆施塔特大学PASCHpH1盐酸溶解，溶剂萃取，磷酸沉淀MAP半工业化成功德国联邦教育与研究部研究项目BIOLEACHING特殊菌种从污泥灰中溶解P，并在生物菌种内富集，通过厌氧溶解进行MAP沉淀MAP实验室研究阶段 BIOCONpH1硫酸萃取，离子交换去除重金属磷酸半工业化研究丹麦公司MEPHREC污泥及焚烧灰制成煤球状，经鼓风炉焚烧，含CaP的焚灰直接满足肥料要求CaP半工业化成功德国公司ASHDEC焚烧灰在窑内加热，重金属通过烟气去除肥料产品半工业化成功奥地利公司THERMPHOS污泥经造粒后与磷矿石一起在焚烧炉内焚烧CaP实验室规模成功荷兰
19、公司美国环保署（EPA）2008年清洁水域需求调查数据显示，在处理规模大于1 MGD（百万加仑，折合3,785 m3/d）的3,171座污水处理厂中，已经采用热电联产的104座污水厂，发电产能为190 MW，主要分布在大城市、人口密集的州以及电价较高或有政策补贴的地区。另外还有近43%的污水厂采用污泥厌氧消化，但未采用CHP系统，研究结果表明，其中至少还有257座污水厂存在采用热电联产的经济可行性。动力系统名称动力系统名称利用利用CHP的污水厂数量（座）的污水厂数量（座） 装机容量（装机容量（MW）往复式发动机往复式发动机5485.8微型燃气轮机微型燃气轮机295.2燃料电池燃料电池137.9
20、燃气轮机燃气轮机539.9蒸汽轮机蒸汽轮机123.0组合系统组合系统128.0合计合计104189.8项目项目内燃机内燃机燃气涡轮燃气涡轮微型涡轮微型涡轮燃料电池燃料电池技术成熟度成熟成熟成熟新兴技术发电规模（kW）110370012004700302502101200电效率（%）3042263726303645热效率（%）3549305230373040设备投资（$/kW)465160011002000800165038005280维护费用($/kWh)0.010.0250.0080.0140.0120.0250.0040.019进气处理要求中等低高高1. 采用污水源热泵利用污水热能进行供热
21、或制冷2. 利用污水种植水生植物，并将植物作为燃料或消化混合物提高沼气产量回收能源3. 利用纳米技术回收污水处理过程的电能（生物电池）4. 利用太阳能、风能以及污水排放发电。n 国家和地方应成立联合机构，统一负责所有水资源的管理，更好地进行供水、水利、排水、地下水保护及其相关的用地、运输、能耗等问题协调，突出环境效益最佳；n 从点源污染控制向面源污染控制以及流域总体污染控制转变，以较低的投入达到同样的环境效益；对流域层面，通过对水体总环境容量来确定限制性污染物指标和排放负荷，然后根据地方发展合理确定城镇发展水平，分配负荷指标；n 建立水资源权交易以及污染负荷交易，以最经济的投入达到同样的污染物去除目标；需要对整个排水行业重新进行认识，从流域、区域的范围对水资源、能源和有机废弃物进行一体化规划，从减少排放、资源回收利用、改善社区环境等全方位角度，提高污水处理厂的认识和地位；国家、地方政府的行政管理部门应该从立法、监管和财政多方面加强合作，协调排放标准制定、执法监管、国家研发基金和各种财政补助发放，保证在保护环境的前提下，国家资金得到最有效的利用；充分发挥行业组织作用，在新技术研发和推广应用、引领水行业技术发展、加强污水处理行业专业培训和认证、为政府和企业提供专业咨询等方面提供专业服务；开展再生水交易和污染负荷交易平台的研究和试点，探索我国再生水利用和污染控制的新途径和新模式。
